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CDMA2000移动通信系统及行业发展目录•技术简介•网络结构•无线接口•关键技术•网络演进方案•系统实现与测试•行业发展简要情况•试题分析技术简介CDMA2000是国际电信联盟（ITU）规定的第三代移动通信无线传输技术之一，是从窄带CDMAOne数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G，建设成本低廉。按照使用的带宽来区分，CDMA2000可以分为1x系统和3x系统。其中1x系统使用1.25MHz的带宽，提供数据业务速率最高只能达到307kbit/s;在1x系统以后,国际上比较公认的发展方向是1xEV-DO和1xEV-DV系统。其中，1xEV-DO系统重点提高了数据业务的性能，将用户的数据业务最大传送速率提高到2.4Mbit/s；而1xEV-DV系统在数据业务最大速率提高到3.1Mbit/s的同时，又进一步提高了话音业务的容量。技术特点1.具有多种信道带宽：前向链路支持多载波（MC）和直扩（DS）两种方式；反向链路仅支持直扩方式。当采用多载波方式时，能支持多种射频带宽。2.可以实现CDMAOne向CDMA2000系统平滑过渡；核心网协议可使用IS-41、GSM-MAP（很少使用）以及IP骨干网标准。3.支持前向发送分集；快速前向功率控制；使用Turbo码、辅助道频信道、灵活帧长、反向链路相干解调等技术。网络结构CDMA2000标准的阶段划分比较模糊，基本划分为三个阶段，即Phase0、Phase1/2、Phase3CDMA2000Phase1/2阶段:向全IP的演进过程中（Phase1），CDMA2000将目前的IOS4.X标准中的MSC分裂成MSCServer/GMSCServer和MGW两个功能实体，并支持ATM/IP传输。对于CDMA2000来说，这是向全IP演进的第一阶段，开始将信令与传输分开、核心网与接入网分开，各自独立发展。在这个阶段，核心网中的电路部分信令与承载分开，信令在IP传输，承载继续沿用原来的承载方式。分组部分和接入网独立发展。接入网部分采用IP传输（如A3、A7、A9、A11等）。空中接口采用RELEASE0或RELEASEA。在这个阶段，全IP中引进了“IPMultimediaDomain”和“LegacyMSDomainSupport”两个概念。前者处理VoIP、多媒体以及两者的混合业务，后者实现对全IP中传统手机的支持。通过漫游信令处理原来的ANSI-41电路网中的业务。“IPMultimediaDomain”虽然也支持传统手机，但是信令和业务均在IP上传输，它与通过漫游信令解决原来用户的业务是不同的概念。在全IP中由于有两个域的支持，双模手机可以根据自己的能力选择相应的模式向全IP的无线接入网（RAN）注册。RAN应该支持两种域的接入。空中接口需要增加全IP中IP域的会话发起协议（SIP）呼叫信令的承载，但对传统移动台（MS）的支持可以继续采用原来的接口。在RAN中，内部接口通过全IP开放，特别是声码器部分的接口应该是开放的，可以使声码器能方便地移到核心网。声码器的位置最终将从基站控制器（BSC）移到MGW。这时A1、A2、A5接口演变成A1’、A2’及A5’接口，语音和SS7信令由IP传输。RAN向着全IP和更开放的方向演进，不仅支持传统的MS，而且支持核心网的多媒体域（MultimediaDomain）。phase3阶段是向全IP网络演进的顶点，在该阶段，全部成为IP多媒体域，没有传统MS。IP将延伸至所有领域，空中接口、接入网和核心网均为IP承载，包括全部信令和业务。目前，MS的分组数据业务通过MSC到相应的HLR来鉴权用户的数据业务权限，并指示BSC完成分组数据连接。在多媒体域中，通过BSC中的移动性管理模块（MM），由本地AAA与HOMEAAA交互完成。在这一阶段，传统移动台域（LMSD）将不再继续发展，如果直接从本阶段构建网络，将不再支持传统的MS。但如果网络是从以前的阶段发展而来，运营商可以选择保留以前的LMSD，与IP多媒体域并存，以支持传统的MS。在该阶段，IP多媒体应该是网络中占统治地位的技术，用来支持新业务或增强的IP多媒体业务，并能满足增强的业务能力及QoS的要求。无线接口•CDMA无线接口技术与核心网的关系•①GSMMAP+WCDMA/CDMATDD•3GPP制定标准。无线接口99年完成，网络部分2000年完成。•一般来讲GSM运营者和日本NTTDoCoMo会沿着此路线发展•②ANSI-41+cdma2000•由3GPP2制定标准。无线接口99年底完成，网络部分2000年完成。cdmaOne的运营商，特别是采用与cdmaOne相同频段提供cdma2000业务的运营者，对此路线比较感兴趣。•为了使第三代的运营者不受第二代网络的制约，第三代移动通信的标准还可使无线接口和核心网络能够相互独立，即不同的核心网络以标准的接口可灵活接入不同的无线接口。即增加了另外两条发展路线：•③ANSI-41+WCDMA/CDMATDD和•主要是在WCDMA无线接入网部分增加兼容ANSI-41核心网的相关内容。目前这部分由3GPP2配合3GPP来制定。99年完成兼容互可(hooks)部分，2000年1季度完成整个扩展协议(extension)部分。•目前韩国的运营商对此路线很感兴趣。•④GSMMAP+cdma2000•主要是在cdma2000无线接入网部分增加兼容GSMMAP核心网的相关内容。由3GPP配合3GPP2来制定。计划2000年初完成兼容互可(hooks)部分，2000年6月完成整个扩展协议(extension)部分。关键技术•信道估计与多径分集接收技术•高效的信道编译码技术•功率控制技术•同步技术•宏分集与软切换技术•前向发射分集技术信道估计与多径分集接收技术•与其它通信信道相比，移动通信信道是最为复杂的一种。多径衰落和复杂恶劣的电波环境是移动通信信道的特征，这是由运动中进行无线通信这一方式本身所决定的。在典型的城市环境中，一辆快速行驶的车辆上的移动台所接收到的无线电信号在一秒钟之内的显著衰落可达数十次，衰落深度可达２０～３０ｄＢ。这种衰落现象将严重降低接收信号的质量，影响通信的可靠性。为了有效地克服衰落带来的不利影响，必须采用各种抗衰落技术，包括：分集接收技术、均衡技术和纠错编码技术等。•分集接收技术是指接收机能够同时接收到多个输入信号，这些输入信号荷载相同的信息而且遭受的衰落互不相关。接收机分别解调这些信号，并且按照一定的规则进行合并，从而大大减小对信道衰落的影响。•在ｃｄｍａ２０００系统中，所传输的信号是宽带信号，其带宽远大于移动信道的相干带宽，因而可以采用具有良好自相关特性的扩频信号，在时间上分辨出较细微的多径分量。对分辨出的多径信号分别进行加权调整，使合成之后的信号得以增强，从而可在较大程度上降低多径衰落信道所造成的负面影响。相应地把最佳接收机称为Ｂａｋｅ接收机，它是ｃｄｍａ２０００系统中实现多径分集接收的核心部件。高效的信道编译码技术•在ｃｄｍａ２０００系统中，由于传输信道的容量远大于单个用户的信息量，所以特别适于采用高冗余度的前向纠错编码技术。其上行链路和下行链路中均采用了比ＩＳ－９５系统中码率更低的卷积编码，同时采用交织技术将突发错误分散成随机错误，两者配合使用，从而更加有效地对抗移动信道中的多径衰落。•为了适应高速数据业务的要求，在ｃｄｍａ２０００系统中还采用了Ｔｕｒｂｏ编码技术。•目前ＴｕｒＢｏ码用于ｃｄｍａ２０００系统的主要困难体现在以下几个方面：•（ｌ）由于交织长度的限制，无法用于速率较低、时延要求较高的数据（包括语音）传输；•（２）基于软输出ＭＡＰ的译码算法所需的计算量和存储量较大，而基于软输出Ｖｉｔｅｒｂｉ的译码算法所需的迭代次数往往难以保证；•（３）Ｔｕｒｂｏ码在衰落信道下的性能还有待于进一步研究。功率控制技术•在ｃｄｍａ２０００系统中，一方面，许多移动台公用相同的频段发射和接收信号，近地强信号抑制远地弱信号的可能性很大，称为“远近效应”；另一方面，各用户的扩频码之间存在着非理想的相关特性，通信容量主要受限于同频干扰。在不影响通信的情况下，尽量减少发射信号的功率，通信系统的总容量才能相应地达到最大，ＣＤＭＡ系统的主要优点才能得以实现。因此，功率控制是ｃｄｍａ２０００系统中最为重要的关键技术之一。•ｃｄｍａ２０００系统中采用的功率控制技术可分为三种类型：开环功率控制、闭环功率控制和外环功率控制。•开环功率控制的基本原理是根据用户接收功率与发射功率之积为常数的原则，先行测量接收功率的大小，并由此确定发射功率的大小。开环功率控制用于确定用户的初始发射功率，或用户接收功率发生突变时的发射功率调节。•闭环功率控制可以较好地解决上述问题，通过对接收功率的测量值与信干比门限值的比较，确定功率控制比特信息，然后通过信道把功率控制比特信息传送到发射端，并据此调节发射功率的大小。•外环功率控制通过对接收误帧率的计算，调整闭环功率控制所需的信干比门限，通常需要采用变步长方法，以加快信干比门限的调整速度。•在ｃｄｍａ２０００系统中，上行链路采用开环、闭环和外环功率控制相结合的技术，主要解决“远近效应”问题，保证所有信号到达基站时都具有相同的平均功率；下行链路则采用闭环和外环功率控制相结合的技术，主要解决同频干扰问题，可以使处于严重干扰区域的移动台保持较好的通信质量，减小对其它移动台的干扰。同步技术•同步技术历来是数字通信系统中的关键技术。同步电路如果失效，将严重影响系统的误码性能，甚至导致整个系统瘫痪。•ｃｄｍａ２０００系统采用与ＩＳ－９５系统相类似的初始同步技术，即通过对导频信道的捕获建立ＰＮ码的同步和符号同步，通过对同步信道的接收建立帧同步和扰码同步。•ＰＮ码的同步过程分为两个阶段：ＰＮ码的捕获（粗同步）和ＰＮ码的跟踪（细同步）。ＰＮ码的捕获是使本地产生的ＰＮ码与接收到的ＰＮ码之间的定时误差小于一个码片间隔，可以采用基于滑动相关的串行捕获方案或者基于时延估计问题的并行捕获方案。ＰＮ码的跟踪将进一步缩小定时误差，使之小于几分之一的码片间隔。典型的ＰＮ码跟踪环路有两类：一类是基于迟早门定时误差检测器的延迟锁定环，另一类是τ－抖动环。在通信开始之后，这一定时误差应该进一步被调整并使之趋近于零。另外，由于基站和移动台之间的相对运动以及时钟频率的不稳定，对ＰＮ码定时的校正工作必须不断进行。前向发射分集技术•如果可能的话，通信系统应该综合利用各种分集接收方法（包括时间分集、频率分集和空间分集等）来抵抗衰落对信号的影响，以保证高质量的通信性能。但是，实际情况并非总是如此。例如：在慢衰落信道中，时间分集技术在对时延敏感的应用场合下就不再适用；当时延扩展很小时，频率分集技术也将不再适用。目前，基站可以采用双天线或多天线实现空间分集接收，但这对于移动台是难以实现的。由于移动台的尺寸所限，多天线之间的电磁兼容和多路射频转换等问题将难以解决。基于以上原因，ｃｄｍａ２０００系统采用了前向发射分集技术，以改善在室内单径瑞利衰落环境和慢速移动环境下系统的性能。•在ｃｄｍａ２０００下行链路中，有两条信道专门用于前向发射分集，即：发射分集导频信道和辅助发射分集导频信道。ｃｄｍａ２０００系统中具体采用的发射分集技术有两种：ＯＴＤ方式（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＴｒａｎｓｍｉｔＤｉｖｅｒｓｉｔｙ，正交发射分集）和ＳＴＳ方式（ＳｐａｃｅＴｉｍｅＳｐｒｅａｄ，空时扩展分集）。在ＯＴＤ方式下，两根天线上发送的信号采用相互正交的Ｗａｌｓｈ码加以隔离；在ＳＴＤ方式下，两根天线上发送的信号采用不同的空时编码方案，以实现信号的隔离。宏分集与软切换技术•在越区软切换的过程中，移动台同时接收来自两个或多个基站发射的相同信息，对其进行分集合并和判决，从而改善移动台处于越区切换时的接收信号质量，并保持越区切换时的数据不丢失，相对于多径分集方式，这种分集称为宏分集。•在ｃｄｍａ２０００系统中，不同基站采用相同的ＰＮ码，差别仅在相位上，因此移动台的搜索单元可以采用滑动相关的方法检测相邻基站的导频信